JP3595187B2 - アクチュエータ - Google Patents
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- F16H2025/2062—Arrangements for driving the actuator
- F16H2025/209—Arrangements for driving the actuator using worm gears
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータに関し、特に、電動送りねじ式アクチュエータに係り、例えば、医療用ベッドの寝床を起立させたり倒伏させたりするのに利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用ベッドにおいては患者の寝食の負担を軽減するために、ベッドの寝床を電動送りねじ式アクチュエータによって起立させたり倒伏させたりすることが実施されている。
【０００３】
従来のこの種のアクチュエータとして、ハウジングのシャフト挿通部内に挿通されて回転自在に支承されたシャフトが減速装置を介してモータによって正逆回転駆動されるように構成されており、このシャフトの外周に形成された雄ねじ部には軸方向に移動する移動筒を連結された雌ねじ部材が進退自在に螺合されており、移動筒の前側端部が負荷に連結されるように構成されているものがある。
【０００４】
このようなアクチュエータが医療用ベッドに使用された場合においては、移動筒が伸びてベッドの寝床を起立させ患者の体重を支える状態になるため、シャフトにはベッドの自重や患者の体重によってシャフトを逆回転させようとする外力（以下、負荷側逆回転作用力ということがある。）が常に作用することになる。そこで、このようなアクチュエータが医療用ベッドに使用される場合には、シャフトに逆回転を防止するためのブレーキ装置およびワンウェイクラッチが介設される。
【０００５】
なお、従来のこの種のアクチュエータを述べてある例としては、特開平６−１０９０９４号公報がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、シャフトに逆回転を防止するためのブレーキ装置およびワンウェイクラッチが介設されたアクチュエータにおいては、ブレーキ装置およびワンウェイクラッチの分だけアクチュエータのサイズや重量が大きくなってしまう。また、ブレーキ装置およびワンウェイクラッチが負荷側から見ると減速前にあるため、負荷荷重による回転作用力を直接受けることになり、その結果、ブレーキ装置を大きく設計する必要があり、アクチュエータのサイズや重量がより一層大きくななってしまう。
【０００７】
本発明の目的は、サイズや重量を小さくしつつ、負荷荷重による逆回転を防止することができるアクチュエータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアクチュエータは、雄ねじ部を有しハウジングに正逆回転自在に支承されたシャフトと、雌ねじ部が前記雄ねじ部に螺合され前記シャフトの正逆回転に伴って前記ハウジングを進退する雌ねじ部材と、前記雌ねじ部材に連結された移動筒と、前記ハウジングに装着された正逆回転可能のモータと、前記モータの回転軸に形成されたウオームと、前記ウオームに噛合されたウオームホイールと、前記ウオームホイールと前記シャフトとを連動させる歯車伝動装置とを備えているアクチュエータであって、
摩擦係数の大きいブレーキ部材が前記モータの回転軸の軸方向端面側のうち、少なくとも前記雌ねじ部材に負荷側からの逆回転作用力が加わった時に前記回転軸が押される側に設けられており、
前記ブレーキ部材は前記回転軸の軸方向端面に穿設された保持穴に一体回転するように嵌入されており、
クッション部材が前記モータの回転軸の軸方向端面側のうち、前記雌ねじ部材に負荷側からの逆回転作用力が加わった時に前記回転軸が押される側と反対側に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
前記した手段において、雌ねじ部材を進退させようとする大きな力が負荷側から雌ねじ部材に加わった場合には、雌ねじ部材と雄ねじ部との螺合関係によってシャフトにこれを逆回転させようとする外力が作用する状態になり、この負荷側からの逆回転作用力が減速装置を経由してモータの回転軸を強制的に回転させようとする外力として作用する。しかし、回転軸の軸方向端面のブレーキ部材によるブレーキトルクが回転軸を強制的に回転させようとする外力に抗して回転を阻止するため、回転軸が負荷側からの逆回転作用力によって回転されるのを防止することができる。したがって、雌ねじ部材を進退させようとする大きな力が負荷側から雌ねじ部材に加わった場合であっても、雌ねじ部材が進退されてしまう現象が発生するのを防止することができる。
【００１０】
前記した手段によれば、ブレーキ部材がシャフトに介設されていないため、アクチュエータのサイズや重量を小さく設定することができる。しかも、駆動側であるモータから見ると減速前にブレーキトルクが作用することになり、減速後には大きなブレーキ力として作用することになるため、小さなブレーキ部材であっても負荷側からの逆回転作用力を効率的に制動することができる。つまり、ブレーキ部材はモータの駆動力の低減を抑制しつつ、負荷側からの逆回転作用力を効率的に制動することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
【００１２】
図１に示されているように、本実施形態に係るアクチュエータは医療用ベッド（以下、ベッドという。）の寝床を起伏させるためのものとして構成されている。すなわち、アクチュエータ１０の固定端側になるハウジング１１はベッド１のフレーム２に枢軸３によって回転自在に枢支されており、アクチュエータ１０の自由端側になる後記する移動筒２２の先端は寝床４を起伏させるためのリンク５に後記する連結枢軸３０によって回転自在に連結されている。アクチュエータ１０が短縮した状態で、ベッド１の寝床４は図１（ａ）に示されているように水平に倒伏されており、アクチュエータ１０が伸長すると、寝床４は図１（ｂ）に示されているように起立されるようになっている。
【００１３】
図２に示されているように、アクチュエータ１０はハウジング１１を備えており、ハウジング１１は左右で一対のシェル１２、１２を組み合わされて構成されている。両シェル１２、１２は樹脂が用いられて互いに左右対称形の大略長方形の皿形に形成されており、最中合わせにされた合わせ面間にモータ装着部１３およびシャフト挿通部１４がそれぞれ形成されている。両シェル１２、１２は最中合わせに組み付けられた状態でねじ部材によって締結されているとともに、シャフト挿通部１４の一端（以下、前端とする。）開口の外側に形成された嵌合部の外周に金属製のバンド１２ａを嵌着されている。バンド１２ａによって左右のシェル１２、１２のシャフト挿通部１４における左右方向への開きは防止されるようになっている。左右のシェル１２、１２の対向する位置には後記する支持穴８７を露出させるための一対の窓孔１２ｂ、１２ｂが開設されている。
【００１４】
図３に示されているように、ハウジング１１のシャフト挿通部１４に挿通されたシャフト１５の前側には送り用の雄ねじ部１６が形成されており、この雄ねじ部１６には雌ねじ部１７が螺合された雌ねじ部材としてのナット１８が進退自在に装着されている。ハウジング１１のシャフト挿通部１４には支持筒１９がナット１８の外側においてシャフト１５と同心的に配されて左右のシェル１２、１２によって挟持され、固定部２０によって抜け止めされている。ナット１８はこの支持筒１９に筒心方向に摺動可能に嵌入されている。
【００１５】
図３および図４に示されているように、ナット１８には移動筒２２がシャフト１５および支持筒１９と同心に配されてねじ結合部２３によって連結されており、移動筒２２の前端には連結具２４がベッド１の寝床４に対する連結位置を調節可能に装着されている。すなわち、移動筒２２の前端部の内周のうち前端から連結具２４の長さよりも若干短めに後方に寄った位置には、位置調節用雌ねじ部２５が刻設されており、位置調節用雌ねじ部２５から前端に寄った中央位置には筒心方向に長い長孔２６が一対、互いに対向されて筒心方向に延在するようにそれぞれ開設されている。つまり、両長孔２６、２６は位置調節用雌ねじ部２５には配設されていない。したがって、位置調節用雌ねじ部２５はバリやねじ山および谷の精度の低下なく、精密に加工された状態を維持している。
【００１６】
一方、連結具２４は移動筒２２と略等しい外径の円柱形状に形成されており、一端部外周には位置調節用雄ねじ部２７が刻設されている。連結具２４の中央部には連結ピンを挿通するための連結孔２９が軸心と直交する方向に貫通されて開設されている。すなわち、連結具２４には連結孔２９が位置調節用雄ねじ部２７から離れた位置に開設されている。したがって、位置調節用雄ねじ部２７はバリやねじ山および谷の精度の低下なく、精密に加工された状態を維持している。連結具２４の前後両端面にはスパナ等の工具を係合するための工具係合部２８がそれぞれ没設されている。
【００１７】
連結具２４は位置調節用雄ねじ部２７を後方向に向けた状態で移動筒２２に挿入され、位置調節用雌ねじ部２５に螺合されている。この状態において連結具２４は移動筒２２の前端部に軸心方向の位置を調節可能に装着された状態になっているとともに、その回転位置を調節されることによって連結孔２９が両長孔２６、２６に位置合わせされる状態になっている。
【００１８】
連結孔２９の外径と両方の長孔２６、２６の短手方向の幅とは等しく設定されているとともに、連結枢軸３０の外径に略等しく設定されている。図４に示されているように、連結ピン３０は長孔２６、連結孔２９に挿通可能に設定されているとともに、ベッドの寝床側のブラケット３１に開設されている連結孔３２にも挿通可能に設定されており、挿通された状態でブラケット３１の外側において鍔部３０ａおよび割ピン３３によって抜け止めされるように構成されている。
【００１９】
なお、連結具２４がベッドの寝床側に連結されることによって、ナット１８および移動筒２２は支持筒１９に対して回り止めされた状態となるため、移動筒２２はナット１８の回転運動に対して回転を阻止する状態になり、ナット１８の進退運動に伴って支持筒１９に対して直線運動する状態になる。
【００２０】
図３および図４に示されているように、シャフト１５の前端には円筒形状に形成されたナットストッパ３５が同軸に配されて固定されており、ナットストッパ３５は移動筒２２の内周面に滑動自在に支承された状態になっている。移動筒２２の位置調節用雌ねじ部２５から後端寄りの前端部内周にはダンパを兼ねる位置規制部材３６が位置調節可能に固定されている。すなわち、位置規制部材３６はゴムまたは樹脂の弾性材料が用いられて移動筒２２の内径と等しい外径を有する円柱形状に形成されている。位置規制部材３６の中間部にはリベットを挿通するための挿通孔３７が軸心と直交する方向に開設されている。また、位置規制部材３６の後端面にはナットストッパ３５から突出したシャフト１５の凸部を逃げるための凹部３８が没設されている。他方、移動筒２２の前端部における位置調節用雌ねじ部２５から適当に離れた位置にはリベットを挿通するための挿通孔３９が筒心と直交する方向に貫通するように開設されている。
【００２１】
そして、連結具２４を外された状態で、かつ、挿通孔３７と３９とが取付治具（図示せず）によって位置合わせされた状態で、位置規制部材３６は移動筒２２内に前端開口から挿入され、双方の挿通孔３７と３９とにリベット４０を挿通されてかしめ加工されることにより移動筒２２の図３および図４に示されている所望の調節位置に固定されている。
【００２２】
図３および図４に示されているように、支持筒１９の前端開口部には前後端に外向き鍔部を有する円筒形状に形成されたキャップ４１が嵌着されており、キャップ４１は後端側の鍔部を支持筒１９の内周に没設された環状溝に係合されて支持筒１９に固定されている。キャップ４１は内周を移動筒２２の外周に摺接することにより、支持筒１９の内部をシールするようになっている。
【００２３】
図３および図４に示されているように、シャフト１５の後端部（以下、従動部という。）４２には送り用雄ねじ部１６が形成されていない。従動部４２の送り用雄ねじ部１６と隣接する部位には段差部４３が一定幅一定深さに没設されており、段差部４３の外周にはリング４４が嵌合されている。リング４４は後記するウオーム歯車減速装置付きモータ（以下、モータという。）６０のギヤケース６３に支持筒１９よりも大径に形成されたシャフト挿通室６４に固定されており、リング４４の前端面にはシャフト１５の雄ねじ部１６の段差後端面が突き当てられている。
【００２４】
シャフト挿通室６４の内部において、従動部４２の中間部外周には面取り部４５が形成されており、面取り部４５には原動側傘歯車４６によって駆動される従動側傘歯車４７が一体回転するように嵌合されている。従動側傘歯車４７の外周にはラジアル転がり軸受４８のインナレースが嵌合されており、ラジアル転がり軸受４８のアウタレースはシャフト挿通室６４の内周で固定されている。つまり、シャフト１５の後端部である従動部４２はラジアル転がり軸受４８を介してモータ６０のギヤケース６３によって回転自在に支承されている。
【００２５】
従動部４２の従動側傘歯車４７の後側の外周には面取り部４９が形成されており、面取り部４９にはスラストプレート５０が一体回転するように嵌合されている。スラストプレート５０にはスラスト転がり軸受５１の回転側レースが固定されており、スラスト転がり軸受５１の固定側レースはシャフト挿通室６４の後端部に固定されている。したがって、シャフト１５の後端部である従動部４２はスラスト転がり軸受５１を介してモータ６０のギヤケース６３に軸方向の移動を規制された状態で回転自在に支承されている。
【００２６】
図３に示されているように、シャフト挿通室６４の後壁には挿通孔５２が開設されており、挿通孔５２にはシャフト１５の後端部である従動部４２が挿通されている。従動部４２の挿通孔５２から突出した後端部の外周には、シャフト１５の前進方向への抜けを防止するストッパ５３が嵌合されて止め輪５４によって固定されている。また、ハウジング１１のシャフト１５の後端部である従動部４２の後方には応急用のバッテリーとしての乾電池を収納するための乾電池収納室５５が、モータ６０のヨーク６２に隣接する空間を利用して形成されている。なお、ハウジングの支持筒１９の上側にはモータ６０を駆動するための電力や制御するための制御信号の経路を構成した組電線５６が接続されている。
【００２７】
図５に示されているように、従動側傘歯車４７には原動側傘歯車４６が噛合されており、原動側傘歯車４６はギヤケース６３にシャフト挿通室６４と直交するように配されたモータ６０の出力軸６９に一体回転するように嵌着されている。つまり、従動側傘歯車４７にはモータ６０の回転力が原動側傘歯車４６によって直角に変換されて伝達されるようになっている。図３および図５に示されているように、モータ６０はアクチュエータ１０のハウジング１１におけるモータ装着部１３に収納されており、ハウジング１１に相対的に固定されている。
【００２８】
図３に示されているように、ウオーム歯車減速装置付きモータ６０のモータハウジング６１は互いに直列に連設されたヨーク６２とギヤケース６３とから構成されており、アクチュエータ１０のハウジング１１のモータ装着部１３にギヤケース６３を前側にして装着されている。ギヤケース６３はアルミダイカストによって堅牢に一体成形されており、ギヤケース６３のシャフト１５の後端部が通る位置には前記したシャフト挿通室６４が形成されている。図６（ａ）に示されているように、モータ６０の回転軸６５は軸方向の両端部にそれぞれ配置されたラジアル軸受６６、６６と、中間部に配置されたラジアル軸受６６Ａとによって回転自在に支承されている。ギヤケース６３内に収納された回転軸６５の前端部にはウオーム６７が形成されており、ウオーム６７にはウオームホイール６８が噛合されている。図５に示されているように、ウオームホイール６８には出力軸６９が挿通されて固定されており、出力軸６９の反対側端部には原動側傘歯車４６が一体回転するように嵌合されている。前述した通り、原動側傘歯車４６はシャフト挿通室６４において従動側傘歯車４７に噛合されている。
【００２９】
図６（ａ）において、回転軸６５の軸方向の両端面には第一ブレーキ部材７０および第二ブレーキ部材８０が、ギヤケース６３およびヨーク６２の間にそれぞれ介設されている。第一ブレーキ部材７０および第二ブレーキ部材８０は回転軸６５に作用する軸方向のスラスト力をそれぞれ支承し、かつ、回転軸６５に作用するトルクに対してブレーキ力を付勢するように構成されている。第一ブレーキ部材７０および第二ブレーキ部材８０はナイロンやポリイミド樹脂等の摩擦係数が大きく耐摩耗性および耐熱性を有する樹脂が使用されてそれぞれ一体成形されている。
【００３０】
図６（ｂ）に示されているように、第一ブレーキ部材７０は小径部７１と大径部７２とを備えており、大径部７２の回転軸６５側の端面には円形リング形状の当接面部７３が同心円に突設されている。当接面部７３の外径は回転軸６５の外径と略等しく設定されており、当接面部７３の端面は回転軸６５の端面の外周部に全周にわたって均一に摺接されている。大径部７２の外周には小判形平盤形状の鍔部７４が形成されており、鍔部７４はラジアル軸受６６の対向端面に小判形穴形状に形成された回り止め穴６６ａに軸方向に摺動自在で回り止めされた状態に嵌入されている。
【００３１】
第一ブレーキ部材７０の小径部７１はゴムまたは樹脂が用いられて短尺で肉厚の円筒形状に形成されたクッション部材７５の中空部に挿入されており、クッション部材７５はギヤケース６３の回転軸６５の延長線上に形成された収納穴７６に収納されている。クッション部材７５の外周は中央部が径方向外側に膨出した太鼓形状に形成されており、クッション部材７５がギヤケース６３の収納穴７６に収納された状態において、その外周面は収納穴７６の内周面に押接した状態になっている。クッション部材７５は収納穴７６に収納された状態において、第一ブレーキ部材７０を回転軸６５の方向へ弾発するように設定されており、この弾発力によって第一ブレーキ部材７０の小判形平盤形状の鍔部７４はラジアル軸受６６の対向端面に形成された回り止め穴６６ａに嵌入し回り止めされている。
【００３２】
そして、回転軸６５からのスラスト力が第一ブレーキ部材７０を介してクッション部材７５に作用したときに、クッション部材７５は弾性変形することによって回転軸６５からのスラスト力を吸収するように設定されている。
【００３３】
図６（ｃ）に示されているように、第二ブレーキ部材８０は小径部８１と大径部８２とを備えており、大径部８２の回転軸６５と反対側の端面には円形リング形状の当接面部８３が同心円に突設されている。当接面部８３の外径は回転軸６５の外径と略等しく、かつ、第一ブレーキ部材７０の当接面部７３の外径よりも大きく設定されている。ヨーク６２の第二ブレーキ部材８０側端部に円筒形状に形成された収納部８４にはスラストプレート８５が収納されて固定されており、当接面部８３の端面はスラストプレート８５の対向端面に全周にわたって均一に摺接されている。なお、スラストプレート８５を省略して、第一ブレーキ部材７０の当接面部８３をヨーク６２の収納部８４の底面に摺接させてもよい。
【００３４】
第二ブレーキ部材８０の小径部８１は回転軸６５の第二ブレーキ部材８０側端面に穿設された保持穴８６に一体回転するように嵌入されている。小径部８１が保持穴８６に嵌入された状態において、大径部８２の当接面部８３と反対側の端面は回転軸６５の端面に当接した状態になっている。回転軸６５の反対側に配置されたクッション部材７５が回転軸６５を弾発する力によって、第二ブレーキ部材８０の当接面部８３はスラストプレート８５に常時押接されるように設定されている。
【００３５】
図５に示されているように、アルミダイカストが使用されて堅牢に一体成形されたギヤケース６３のシャフト１５の後端部が直交する両側面には、一対の支持穴８７、８７が同一軸線上で互いに対向されてそれぞれ開設されており、一対の支持穴８７、８７にはアクチュエータ１０をベッド１のフレーム２に回転自在に枢支するための一対の枢軸３、３がそれぞれ嵌入されるようになっている。両支持穴８７、８７を結ぶ軸線は原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点を通るように設定されており、アクチュエータ１０は原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点を中心にして往復回動するようになっている。
【００３６】
以下、作用を説明する。
【００３７】
予め、アクチュエータ１０はベッド１に図１に示されているように組み付けられる。すなわち、図５に想像線で示されているように、スルーボルトによって構成された枢軸３、３がベッド１のフレーム２を挿通されてアクチュエータ１０の両側面の支持穴８７、８７に両側からねじ込まれることにより、アクチュエータ１０は一対の枢軸３、３によってベッド１のフレーム２に枢支される。アクチュエータ１０の移動筒２２の連結具２４が寝床４側のブラケット３１に連結ピン３０を挿通されて連結される。
【００３８】
アクチュエータ１０がベッド１に組み付けられた後に、図１（ａ）の状態から、モータ６０が正方向に回転運転されると、回転軸６５の駆動力がウオーム６７、ウオームホイール６８、出力軸６９、原動側傘歯車４６および従動側傘歯車４７を介してシャフト１５に伝達される。シャフト１５がモータ６０によって正回転されると、ナット１８は支持筒１９に沿って前進される状態になるため、ナット１８に連結された移動筒２２は支持筒１９から押し出されて行く。移動筒２２の前進によって移動筒２２の連結具２４に連結されたベッド１の寝床４が起立されて行く。
【００３９】
このモータ６０の正方向回転駆動に際して、図７（ａ）に示されているように、ウオームホイール６８が矢印Ｐ方向に回転すると、モータ６０の正回転駆動力は回転軸６５に対して第二ブレーキ部材８０をスラストプレート８５に押接させるスラスト力Ｆ１ を及ぼす。このモータ６０からの正回転駆動力は、後述する第二ブレーキ部材８０とスラストプレート８５との間の摩擦力によるブレーキトルクを上回るため、モータ６０はブレーキトルクに抗してシャフト１５を回転させることができる。この際、第二ブレーキ部材８０は回転軸６５と一体回転してスラストプレート８５と擦れ合うため、摩擦熱が発生する。しかし、スラストプレート８５はヨーク６２に接し、かつ、外気に接した状態になっているため、摩擦熱は効率的に放散される。
【００４０】
要求する所定のストロークだけ移動筒２２が伸長すると、モータ６０の駆動電気回路（図示せず）に介設された自動停止装置等によってモータ６０の運転が自動的に停止される。
【００４１】
モータ６０の運転が停止されると、ベッド１の寝床４の荷重（患者の体重等）がナット１８に後退させる方向の力として移動筒２２を介して作用する状態になる。このため、シャフト１５には移動筒２２すなわち負荷側から逆回転させようとする負荷側逆回転作用力が、ナット１８の雌ねじ部１７およびシャフト１５の送り用雄ねじ部１６の作用によって加わる状態になる。シャフト１５に加わった負荷側逆回転作用力は従動側傘歯車４７、原動側傘歯車４６、出力軸６９、ウオームホイール６８およびウオーム６７を介して回転軸６５に伝達される。
【００４２】
図７（ｂ）に示されているように、この負荷側逆回転作用力はウオームホイール６８を矢印Ｍ方向に回転させる外力を及ぼすため、第二ブレーキ部材８０をスラストプレート８５に押し付けるスラスト力Ｆ２ を及ぼす状態になる。この際、第二ブレーキ部材８０は回転軸６５と一体回転するため、回転軸６５は第二ブレーキ部材８０とスラストプレート８５との間の摩擦力によるブレーキトルクによって逆回転を阻止された状態になる。しかも、第二ブレーキ部材８０のスラストプレート８５との当接面部８３の外径が大きく設定されているため、第二ブレーキ部材８０とスラストプレート８５との間のブレーキトルクは大きくなり、回転軸６５は確実に逆回転を阻止された状態になる。したがって、アクチュエータ１０はベッド１の寝床４の荷重を常時確実に支持することができる。
【００４３】
次に、モータ６０が逆方向に回転運転されると、回転軸６５の逆回転駆動力はウオーム６７、ウオームホイール６８、出力軸６９、原動側傘歯車４６、従動側傘歯車４７を介してシャフト１５に伝達される。図７（ｃ）に示されているように、このモータ６０の逆回転駆動力は回転軸６５に対して第二ブレーキ部材８０をスラストプレート８５から離反させるスラスト力Ｆ３ を及ぼす状態になるため、第二ブレーキ部材８０とスラストプレート８５との間の摩擦力によるブレーキトルクは回転軸６５の逆回転駆動を許容する状態になる。つまり、シャフト１５をモータ６０の駆動力によって強制的に逆回転させようとするときのモータ６０側からの逆回転駆動力は、第二ブレーキ部材８０とスラストプレート８５との間の摩擦力によるブレーキトルクを上回るため、シャフト１５は前記とは逆方向に第二ブレーキ部材８０に妨げられることなく効率的に回転することができる。そして、この時の回転軸６５に作用するスラスト力は、「Ｆ２ −Ｆ３ 」になるため、モータ６０の電流値は小さくなる。
【００４４】
このようにしてシャフト１５が逆回転駆動されると、雄ねじ部１６に進退自在に螺合されて支持筒１９に回り止めされたナット１８は支持筒１９に沿って後退される状態になるため、ナット１８に連結された移動筒２２は支持筒１９に引き込まれて行く。この移動筒２２の後退によって、移動筒２２の連結具２４に連結されたベッド１の寝床４が倒伏されて行く。
【００４５】
寝床４が図１（ｂ）に示されているように元の位置に倒伏されると、モータ６０が自動的に停止される。そして、ナット１８が元の後退位置に戻った状態において、通常、寝床４はベッド１のフレーム２によって機械的に支持されるため、ベッド１の寝床４すなわち負荷側からの逆回転力がシャフト１５に加わることは無い。但し、ベッド１の寝床４が倒伏した状態で、負荷側逆回転作用力がシャフト１５に常に加わったとしても、前述した作用によってシャフト１５の逆回転は確実に防止される。すなわち、第二ブレーキ部材８０とスラストプレート８５との間のブレーキトルクによる逆転防止作用は、ナット１８が雄ねじ部１６の途中で停止された場合でも同様に発現される。
【００４６】
ところで、直交軸間の回転伝動機構としての原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７がシャフト１５の後端部側の支持部よりも外側に配置されている場合には、原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点がアクチュエータ１０をベッド１のフレーム２に回転自在に枢支するための枢軸３から離れるため、シャフト１５のすりこぎ運動によって音が発生する場合がある。これは、原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点が枢軸３から離間していると、シャフト１５のすりこぎ運動の変位角度自体が小さくても、原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点における変位量は大きくなってしまうためである。
【００４７】
本実施形態においては、原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点はラジアル転がり軸受４８の前側すなわちシャフト１５の一対の支持部間に配置されていることにより、シャフト１５にすりこぎ運動による変位角度が発生したとしても、原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点における変位量は小さく抑えられるため、原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との噛み合いへの影響は小さく抑えられることになり、その結果、音が発生することは防止される。
【００４８】
しかも、枢軸３を取り付けるための一対の支持穴８７、８７は原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点を通る軸線上に配置されているため、シャフト１５のすりこぎ運動の影響はより一層小さく抑制される。また、両支持穴８７、８７および原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７とはアルミダイカスト製のギヤケース６３に配設されているため、枢軸３や出力軸６９およびシャフト１５の後端部側支持部としてのラジアル転がり軸受４８をがたつきなく堅牢に支持することができ、その結果、それらの振動による音の発生を防止することができる。また、原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７とは共に同一のギヤケース６３に設けられているため、噛合関係を精度よく保つことができる。
【００４９】
なお、停電等の応急時には乾電池収納部５５に収納された乾電池によってモータ６０が運転されることになる。この場合の作動は前述した作動と同様となる。乾電池は乾電池収納部５５に常時装備しておいてもよいし、必要に応じて装備可能なように準備しておいてもよい。
【００５０】
本実施形態によれば、次の効果が得られる。
１） 減速装置を介してシャフトを正逆回転駆動しシャフト外周の雄ねじ部に螺合された雌ねじ部材を軸方向に進退させるモータの回転軸の軸方向端面に摩擦係数の大きいブレーキ部材を摺接することにより、雌ねじ部材を進退させようとする大きな力が負荷側から雌ねじ部材に加わった場合のシャフトへの逆回転作用力が減速装置を経由してモータの回転軸を強制的に回転させようとする外力として作用した際に、ブレーキ部材のブレーキトルクが回転軸を強制的に回転させようとする外力に抗して回転を阻止するため、回転軸が負荷側からの逆回転作用力によって回転されるのを防止することができる。したがって、雌ねじ部材を進退させようとする大きな力が負荷側から雌ねじ部材に加わった場合であっても、雌ねじ部材が進退されてしまう現象が発生するのを防止することができる。
【００５１】
２） しかも、駆動側であるモータから見ると減速前にブレーキトルクが作用することになり、減速後には大きなブレーキ力として作用することになるため、小さなブレーキ部材であっても負荷側からの逆回転作用力を効率的に制動することができる。つまり、ブレーキ部材はモータの駆動力の低減を抑制しつつ、負荷側からの逆回転作用力を効率的に制動することができる。
【００５２】
３） 負荷側からシャフトに加わる逆回転作用力に抗するブレーキ部材をモータの回転軸の軸方向端面に配設することにより、シャフト上のブレーキ装置やワンウェイクラッチを省略することができるため、シャフトの全長を短縮することができ、アクチュエータのサイズや重量を小さく設定することができる。
【００５３】
４） シャフトの全長を短縮することにより、相対的に、アクチュエータのハウジングに空きスペースを設定することができるため、乾電池収納部を設定することができ、応急用のバッテリーを設けることができる。その結果、応急用のバッテリーをアクチュエータと別に付帯させなくて済み、システム全体としてのコストの増加を抑制することができる。
【００５４】
５） シャフトの全長を短縮することにより、アクチュエータの全長を短縮することができるため、アクチュエータを小型軽量化することができる。
【００５５】
６） 直交軸間の回転伝動機構としての原動側傘歯車と従動側傘歯車の交点がラジアル転がり軸受の前側すなわちシャフトの一対の支持部間に配置されていることにより、シャフトにすりこぎ運動による変位角度が発生したとしても、原動側傘歯車と従動側傘歯車との交点における変位量は小さく抑えられるため、原動側傘歯車と従動側傘歯車との噛み合いへの影響は小さく抑えられることになり、その結果、音が発生するのを防止することができる。
【００５６】
７） 枢軸を取り付けるための一対の支持穴を原動側傘歯車と従動側傘歯車との交点を通る軸線上に配置することにより、シャフトのすりこぎ運動の影響をより一層小さく抑制することができる。
【００５７】
８） 両支持穴および原動側傘歯車と従動側傘歯車とをアルミダイカスト製のギヤケースに配設することにより、アクチュエータをベッドのフレームに取り付けるための枢軸やウオーム歯車装置の出力軸およびラジアル転がり軸受をがたつきなく堅牢に支持することができ、その結果、それらの振動による音の発生を防止することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サイズや重量を小さくしつつ、負荷荷重による逆回転を防止することができるため、常時、寝床の状態を安定して保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるアクチュエータが使用された医療用ベッドの要部を示す正面図であり、（ａ）は倒伏状態を、（ｂ）は起立状態を示している。
【図２】本発明の一実施形態であるアクチュエータを示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】その正面断面図である。
【図４】主要部を示す一部切断一部省略斜視図である。
【図５】図２（ｂ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】モータを示す平面断面図である。
【図７】ブレーキ部材の作用を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…ベッド（医療用ベッド）、２…フレーム、３…枢軸、４…寝床、５…リンク、１０…アクチュエータ、１１…ハウジング、１２…シェル、１２ａ…バンド、１２ｂ…窓孔、１３…モータ装着部、１４…シャフト挿通部、１５…シャフト、１６…送り用雄ねじ部、１７…雌ねじ部、１８…送り用ナット（雌ねじ部材）、１９…支持筒、２０…固定部、２２…移動筒、２３…ねじ結合部、２４…連結具、２５…位置調節用雌ねじ部、２６…長孔、２７…位置調節用雄ねじ部、２８…工具係合部、２９…連結孔、３０…連結ピン、３０ａ…鍔部、３１…ブラケット、３２…連結孔、３３…割ピン、３５…ナットストッパ、３６…位置規制部材、３７…挿通孔、３８…凹部、３９…挿通孔、４０…リベット、４１…キャップ、４２…従動部（シャフトの後端部）、４３…段差部、４４…リング、４５…面取り部、４６…原動側傘歯車、４７…従動側傘歯車、４８…ラジアル転がり軸受、４９…面取り部、５０…スラストプレート、５１…スラスト転がり軸受、５２…挿通孔、５３…ストッパ、５４…止め輪、５５…乾電池収納室（バッテリー収納室）、５６…組電線、６０…モータ（ウオーム歯車減速装置付きモータ）、６１…モータハウジング、６２…ヨーク、６３…ギヤケース、６４…シャフト挿通室、６５…回転軸、６６、６６Ａ…ラジアル軸受、６６ａ…回り止め穴、６７…ウオーム、６８…ウオームホイール、６９…出力軸、７０…第一ブレーキ部材、７１…小径部、７２…大径部、７３…当接面部、７４…鍔部、７５…クッション部材、７６…収納穴、８０…第二ブレーキ部材、８１…小径部、８２…大径部、８３…当接面部、８４…収納部、８５…スラストプレート、８６…保持穴、８７…支持穴。
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータに関し、特に、電動送りねじ式アクチュエータに係り、例えば、医療用ベッドの寝床を起立させたり倒伏させたりするのに利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用ベッドにおいては患者の寝食の負担を軽減するために、ベッドの寝床を電動送りねじ式アクチュエータによって起立させたり倒伏させたりすることが実施されている。
【０００３】
従来のこの種のアクチュエータとして、ハウジングのシャフト挿通部内に挿通されて回転自在に支承されたシャフトが減速装置を介してモータによって正逆回転駆動されるように構成されており、このシャフトの外周に形成された雄ねじ部には軸方向に移動する移動筒を連結された雌ねじ部材が進退自在に螺合されており、移動筒の前側端部が負荷に連結されるように構成されているものがある。
【０００４】
このようなアクチュエータが医療用ベッドに使用された場合においては、移動筒が伸びてベッドの寝床を起立させ患者の体重を支える状態になるため、シャフトにはベッドの自重や患者の体重によってシャフトを逆回転させようとする外力（以下、負荷側逆回転作用力ということがある。）が常に作用することになる。そこで、このようなアクチュエータが医療用ベッドに使用される場合には、シャフトに逆回転を防止するためのブレーキ装置およびワンウェイクラッチが介設される。
【０００５】
なお、従来のこの種のアクチュエータを述べてある例としては、特開平６−１０９０９４号公報がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、シャフトに逆回転を防止するためのブレーキ装置およびワンウェイクラッチが介設されたアクチュエータにおいては、ブレーキ装置およびワンウェイクラッチの分だけアクチュエータのサイズや重量が大きくなってしまう。また、ブレーキ装置およびワンウェイクラッチが負荷側から見ると減速前にあるため、負荷荷重による回転作用力を直接受けることになり、その結果、ブレーキ装置を大きく設計する必要があり、アクチュエータのサイズや重量がより一層大きくななってしまう。
【０００７】
本発明の目的は、サイズや重量を小さくしつつ、負荷荷重による逆回転を防止することができるアクチュエータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアクチュエータは、雄ねじ部を有しハウジングに正逆回転自在に支承されたシャフトと、雌ねじ部が前記雄ねじ部に螺合され前記シャフトの正逆回転に伴って前記ハウジングを進退する雌ねじ部材と、前記雌ねじ部材に連結された移動筒と、前記ハウジングに装着された正逆回転可能のモータと、前記モータの回転軸に形成されたウオームと、前記ウオームに噛合されたウオームホイールと、前記ウオームホイールと前記シャフトとを連動させる歯車伝動装置とを備えているアクチュエータであって、
摩擦係数の大きいブレーキ部材が前記モータの回転軸の軸方向端面側のうち、少なくとも前記雌ねじ部材に負荷側からの逆回転作用力が加わった時に前記回転軸が押される側に設けられており、
前記ブレーキ部材は前記回転軸の軸方向端面に穿設された保持穴に一体回転するように嵌入されており、
クッション部材が前記モータの回転軸の軸方向端面側のうち、前記雌ねじ部材に負荷側からの逆回転作用力が加わった時に前記回転軸が押される側と反対側に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
前記した手段において、雌ねじ部材を進退させようとする大きな力が負荷側から雌ねじ部材に加わった場合には、雌ねじ部材と雄ねじ部との螺合関係によってシャフトにこれを逆回転させようとする外力が作用する状態になり、この負荷側からの逆回転作用力が減速装置を経由してモータの回転軸を強制的に回転させようとする外力として作用する。しかし、回転軸の軸方向端面のブレーキ部材によるブレーキトルクが回転軸を強制的に回転させようとする外力に抗して回転を阻止するため、回転軸が負荷側からの逆回転作用力によって回転されるのを防止することができる。したがって、雌ねじ部材を進退させようとする大きな力が負荷側から雌ねじ部材に加わった場合であっても、雌ねじ部材が進退されてしまう現象が発生するのを防止することができる。
【００１０】
前記した手段によれば、ブレーキ部材がシャフトに介設されていないため、アクチュエータのサイズや重量を小さく設定することができる。しかも、駆動側であるモータから見ると減速前にブレーキトルクが作用することになり、減速後には大きなブレーキ力として作用することになるため、小さなブレーキ部材であっても負荷側からの逆回転作用力を効率的に制動することができる。つまり、ブレーキ部材はモータの駆動力の低減を抑制しつつ、負荷側からの逆回転作用力を効率的に制動することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
【００１２】
図１に示されているように、本実施形態に係るアクチュエータは医療用ベッド（以下、ベッドという。）の寝床を起伏させるためのものとして構成されている。すなわち、アクチュエータ１０の固定端側になるハウジング１１はベッド１のフレーム２に枢軸３によって回転自在に枢支されており、アクチュエータ１０の自由端側になる後記する移動筒２２の先端は寝床４を起伏させるためのリンク５に後記する連結枢軸３０によって回転自在に連結されている。アクチュエータ１０が短縮した状態で、ベッド１の寝床４は図１（ａ）に示されているように水平に倒伏されており、アクチュエータ１０が伸長すると、寝床４は図１（ｂ）に示されているように起立されるようになっている。
【００１３】
図２に示されているように、アクチュエータ１０はハウジング１１を備えており、ハウジング１１は左右で一対のシェル１２、１２を組み合わされて構成されている。両シェル１２、１２は樹脂が用いられて互いに左右対称形の大略長方形の皿形に形成されており、最中合わせにされた合わせ面間にモータ装着部１３およびシャフト挿通部１４がそれぞれ形成されている。両シェル１２、１２は最中合わせに組み付けられた状態でねじ部材によって締結されているとともに、シャフト挿通部１４の一端（以下、前端とする。）開口の外側に形成された嵌合部の外周に金属製のバンド１２ａを嵌着されている。バンド１２ａによって左右のシェル１２、１２のシャフト挿通部１４における左右方向への開きは防止されるようになっている。左右のシェル１２、１２の対向する位置には後記する支持穴８７を露出させるための一対の窓孔１２ｂ、１２ｂが開設されている。
【００１４】
図３に示されているように、ハウジング１１のシャフト挿通部１４に挿通されたシャフト１５の前側には送り用の雄ねじ部１６が形成されており、この雄ねじ部１６には雌ねじ部１７が螺合された雌ねじ部材としてのナット１８が進退自在に装着されている。ハウジング１１のシャフト挿通部１４には支持筒１９がナット１８の外側においてシャフト１５と同心的に配されて左右のシェル１２、１２によって挟持され、固定部２０によって抜け止めされている。ナット１８はこの支持筒１９に筒心方向に摺動可能に嵌入されている。
【００１５】
図３および図４に示されているように、ナット１８には移動筒２２がシャフト１５および支持筒１９と同心に配されてねじ結合部２３によって連結されており、移動筒２２の前端には連結具２４がベッド１の寝床４に対する連結位置を調節可能に装着されている。すなわち、移動筒２２の前端部の内周のうち前端から連結具２４の長さよりも若干短めに後方に寄った位置には、位置調節用雌ねじ部２５が刻設されており、位置調節用雌ねじ部２５から前端に寄った中央位置には筒心方向に長い長孔２６が一対、互いに対向されて筒心方向に延在するようにそれぞれ開設されている。つまり、両長孔２６、２６は位置調節用雌ねじ部２５には配設されていない。したがって、位置調節用雌ねじ部２５はバリやねじ山および谷の精度の低下なく、精密に加工された状態を維持している。
【００１６】
一方、連結具２４は移動筒２２と略等しい外径の円柱形状に形成されており、一端部外周には位置調節用雄ねじ部２７が刻設されている。連結具２４の中央部には連結ピンを挿通するための連結孔２９が軸心と直交する方向に貫通されて開設されている。すなわち、連結具２４には連結孔２９が位置調節用雄ねじ部２７から離れた位置に開設されている。したがって、位置調節用雄ねじ部２７はバリやねじ山および谷の精度の低下なく、精密に加工された状態を維持している。連結具２４の前後両端面にはスパナ等の工具を係合するための工具係合部２８がそれぞれ没設されている。
【００１７】
連結具２４は位置調節用雄ねじ部２７を後方向に向けた状態で移動筒２２に挿入され、位置調節用雌ねじ部２５に螺合されている。この状態において連結具２４は移動筒２２の前端部に軸心方向の位置を調節可能に装着された状態になっているとともに、その回転位置を調節されることによって連結孔２９が両長孔２６、２６に位置合わせされる状態になっている。
【００１８】
連結孔２９の外径と両方の長孔２６、２６の短手方向の幅とは等しく設定されているとともに、連結枢軸３０の外径に略等しく設定されている。図４に示されているように、連結ピン３０は長孔２６、連結孔２９に挿通可能に設定されているとともに、ベッドの寝床側のブラケット３１に開設されている連結孔３２にも挿通可能に設定されており、挿通された状態でブラケット３１の外側において鍔部３０ａおよび割ピン３３によって抜け止めされるように構成されている。
【００１９】
なお、連結具２４がベッドの寝床側に連結されることによって、ナット１８および移動筒２２は支持筒１９に対して回り止めされた状態となるため、移動筒２２はナット１８の回転運動に対して回転を阻止する状態になり、ナット１８の進退運動に伴って支持筒１９に対して直線運動する状態になる。
【００２０】
図３および図４に示されているように、シャフト１５の前端には円筒形状に形成されたナットストッパ３５が同軸に配されて固定されており、ナットストッパ３５は移動筒２２の内周面に滑動自在に支承された状態になっている。移動筒２２の位置調節用雌ねじ部２５から後端寄りの前端部内周にはダンパを兼ねる位置規制部材３６が位置調節可能に固定されている。すなわち、位置規制部材３６はゴムまたは樹脂の弾性材料が用いられて移動筒２２の内径と等しい外径を有する円柱形状に形成されている。位置規制部材３６の中間部にはリベットを挿通するための挿通孔３７が軸心と直交する方向に開設されている。また、位置規制部材３６の後端面にはナットストッパ３５から突出したシャフト１５の凸部を逃げるための凹部３８が没設されている。他方、移動筒２２の前端部における位置調節用雌ねじ部２５から適当に離れた位置にはリベットを挿通するための挿通孔３９が筒心と直交する方向に貫通するように開設されている。
【００２１】
そして、連結具２４を外された状態で、かつ、挿通孔３７と３９とが取付治具（図示せず）によって位置合わせされた状態で、位置規制部材３６は移動筒２２内に前端開口から挿入され、双方の挿通孔３７と３９とにリベット４０を挿通されてかしめ加工されることにより移動筒２２の図３および図４に示されている所望の調節位置に固定されている。
【００２２】
図３および図４に示されているように、支持筒１９の前端開口部には前後端に外向き鍔部を有する円筒形状に形成されたキャップ４１が嵌着されており、キャップ４１は後端側の鍔部を支持筒１９の内周に没設された環状溝に係合されて支持筒１９に固定されている。キャップ４１は内周を移動筒２２の外周に摺接することにより、支持筒１９の内部をシールするようになっている。
【００２３】
図３および図４に示されているように、シャフト１５の後端部（以下、従動部という。）４２には送り用雄ねじ部１６が形成されていない。従動部４２の送り用雄ねじ部１６と隣接する部位には段差部４３が一定幅一定深さに没設されており、段差部４３の外周にはリング４４が嵌合されている。リング４４は後記するウオーム歯車減速装置付きモータ（以下、モータという。）６０のギヤケース６３に支持筒１９よりも大径に形成されたシャフト挿通室６４に固定されており、リング４４の前端面にはシャフト１５の雄ねじ部１６の段差後端面が突き当てられている。
【００２４】
シャフト挿通室６４の内部において、従動部４２の中間部外周には面取り部４５が形成されており、面取り部４５には原動側傘歯車４６によって駆動される従動側傘歯車４７が一体回転するように嵌合されている。従動側傘歯車４７の外周にはラジアル転がり軸受４８のインナレースが嵌合されており、ラジアル転がり軸受４８のアウタレースはシャフト挿通室６４の内周で固定されている。つまり、シャフト１５の後端部である従動部４２はラジアル転がり軸受４８を介してモータ６０のギヤケース６３によって回転自在に支承されている。
【００２５】
従動部４２の従動側傘歯車４７の後側の外周には面取り部４９が形成されており、面取り部４９にはスラストプレート５０が一体回転するように嵌合されている。スラストプレート５０にはスラスト転がり軸受５１の回転側レースが固定されており、スラスト転がり軸受５１の固定側レースはシャフト挿通室６４の後端部に固定されている。したがって、シャフト１５の後端部である従動部４２はスラスト転がり軸受５１を介してモータ６０のギヤケース６３に軸方向の移動を規制された状態で回転自在に支承されている。
【００２６】
図３に示されているように、シャフト挿通室６４の後壁には挿通孔５２が開設されており、挿通孔５２にはシャフト１５の後端部である従動部４２が挿通されている。従動部４２の挿通孔５２から突出した後端部の外周には、シャフト１５の前進方向への抜けを防止するストッパ５３が嵌合されて止め輪５４によって固定されている。また、ハウジング１１のシャフト１５の後端部である従動部４２の後方には応急用のバッテリーとしての乾電池を収納するための乾電池収納室５５が、モータ６０のヨーク６２に隣接する空間を利用して形成されている。なお、ハウジングの支持筒１９の上側にはモータ６０を駆動するための電力や制御するための制御信号の経路を構成した組電線５６が接続されている。
【００２７】
図５に示されているように、従動側傘歯車４７には原動側傘歯車４６が噛合されており、原動側傘歯車４６はギヤケース６３にシャフト挿通室６４と直交するように配されたモータ６０の出力軸６９に一体回転するように嵌着されている。つまり、従動側傘歯車４７にはモータ６０の回転力が原動側傘歯車４６によって直角に変換されて伝達されるようになっている。図３および図５に示されているように、モータ６０はアクチュエータ１０のハウジング１１におけるモータ装着部１３に収納されており、ハウジング１１に相対的に固定されている。
【００２８】
図３に示されているように、ウオーム歯車減速装置付きモータ６０のモータハウジング６１は互いに直列に連設されたヨーク６２とギヤケース６３とから構成されており、アクチュエータ１０のハウジング１１のモータ装着部１３にギヤケース６３を前側にして装着されている。ギヤケース６３はアルミダイカストによって堅牢に一体成形されており、ギヤケース６３のシャフト１５の後端部が通る位置には前記したシャフト挿通室６４が形成されている。図６（ａ）に示されているように、モータ６０の回転軸６５は軸方向の両端部にそれぞれ配置されたラジアル軸受６６、６６と、中間部に配置されたラジアル軸受６６Ａとによって回転自在に支承されている。ギヤケース６３内に収納された回転軸６５の前端部にはウオーム６７が形成されており、ウオーム６７にはウオームホイール６８が噛合されている。図５に示されているように、ウオームホイール６８には出力軸６９が挿通されて固定されており、出力軸６９の反対側端部には原動側傘歯車４６が一体回転するように嵌合されている。前述した通り、原動側傘歯車４６はシャフト挿通室６４において従動側傘歯車４７に噛合されている。
【００２９】
図６（ａ）において、回転軸６５の軸方向の両端面には第一ブレーキ部材７０および第二ブレーキ部材８０が、ギヤケース６３およびヨーク６２の間にそれぞれ介設されている。第一ブレーキ部材７０および第二ブレーキ部材８０は回転軸６５に作用する軸方向のスラスト力をそれぞれ支承し、かつ、回転軸６５に作用するトルクに対してブレーキ力を付勢するように構成されている。第一ブレーキ部材７０および第二ブレーキ部材８０はナイロンやポリイミド樹脂等の摩擦係数が大きく耐摩耗性および耐熱性を有する樹脂が使用されてそれぞれ一体成形されている。
【００３０】
図６（ｂ）に示されているように、第一ブレーキ部材７０は小径部７１と大径部７２とを備えており、大径部７２の回転軸６５側の端面には円形リング形状の当接面部７３が同心円に突設されている。当接面部７３の外径は回転軸６５の外径と略等しく設定されており、当接面部７３の端面は回転軸６５の端面の外周部に全周にわたって均一に摺接されている。大径部７２の外周には小判形平盤形状の鍔部７４が形成されており、鍔部７４はラジアル軸受６６の対向端面に小判形穴形状に形成された回り止め穴６６ａに軸方向に摺動自在で回り止めされた状態に嵌入されている。
【００３１】
第一ブレーキ部材７０の小径部７１はゴムまたは樹脂が用いられて短尺で肉厚の円筒形状に形成されたクッション部材７５の中空部に挿入されており、クッション部材７５はギヤケース６３の回転軸６５の延長線上に形成された収納穴７６に収納されている。クッション部材７５の外周は中央部が径方向外側に膨出した太鼓形状に形成されており、クッション部材７５がギヤケース６３の収納穴７６に収納された状態において、その外周面は収納穴７６の内周面に押接した状態になっている。クッション部材７５は収納穴７６に収納された状態において、第一ブレーキ部材７０を回転軸６５の方向へ弾発するように設定されており、この弾発力によって第一ブレーキ部材７０の小判形平盤形状の鍔部７４はラジアル軸受６６の対向端面に形成された回り止め穴６６ａに嵌入し回り止めされている。
【００３２】
そして、回転軸６５からのスラスト力が第一ブレーキ部材７０を介してクッション部材７５に作用したときに、クッション部材７５は弾性変形することによって回転軸６５からのスラスト力を吸収するように設定されている。
【００３３】
図６（ｃ）に示されているように、第二ブレーキ部材８０は小径部８１と大径部８２とを備えており、大径部８２の回転軸６５と反対側の端面には円形リング形状の当接面部８３が同心円に突設されている。当接面部８３の外径は回転軸６５の外径と略等しく、かつ、第一ブレーキ部材７０の当接面部７３の外径よりも大きく設定されている。ヨーク６２の第二ブレーキ部材８０側端部に円筒形状に形成された収納部８４にはスラストプレート８５が収納されて固定されており、当接面部８３の端面はスラストプレート８５の対向端面に全周にわたって均一に摺接されている。なお、スラストプレート８５を省略して、第一ブレーキ部材７０の当接面部８３をヨーク６２の収納部８４の底面に摺接させてもよい。
【００３４】
第二ブレーキ部材８０の小径部８１は回転軸６５の第二ブレーキ部材８０側端面に穿設された保持穴８６に一体回転するように嵌入されている。小径部８１が保持穴８６に嵌入された状態において、大径部８２の当接面部８３と反対側の端面は回転軸６５の端面に当接した状態になっている。回転軸６５の反対側に配置されたクッション部材７５が回転軸６５を弾発する力によって、第二ブレーキ部材８０の当接面部８３はスラストプレート８５に常時押接されるように設定されている。
【００３５】
図５に示されているように、アルミダイカストが使用されて堅牢に一体成形されたギヤケース６３のシャフト１５の後端部が直交する両側面には、一対の支持穴８７、８７が同一軸線上で互いに対向されてそれぞれ開設されており、一対の支持穴８７、８７にはアクチュエータ１０をベッド１のフレーム２に回転自在に枢支するための一対の枢軸３、３がそれぞれ嵌入されるようになっている。両支持穴８７、８７を結ぶ軸線は原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点を通るように設定されており、アクチュエータ１０は原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点を中心にして往復回動するようになっている。
【００３６】
以下、作用を説明する。
【００３７】
予め、アクチュエータ１０はベッド１に図１に示されているように組み付けられる。すなわち、図５に想像線で示されているように、スルーボルトによって構成された枢軸３、３がベッド１のフレーム２を挿通されてアクチュエータ１０の両側面の支持穴８７、８７に両側からねじ込まれることにより、アクチュエータ１０は一対の枢軸３、３によってベッド１のフレーム２に枢支される。アクチュエータ１０の移動筒２２の連結具２４が寝床４側のブラケット３１に連結ピン３０を挿通されて連結される。
【００３８】
アクチュエータ１０がベッド１に組み付けられた後に、図１（ａ）の状態から、モータ６０が正方向に回転運転されると、回転軸６５の駆動力がウオーム６７、ウオームホイール６８、出力軸６９、原動側傘歯車４６および従動側傘歯車４７を介してシャフト１５に伝達される。シャフト１５がモータ６０によって正回転されると、ナット１８は支持筒１９に沿って前進される状態になるため、ナット１８に連結された移動筒２２は支持筒１９から押し出されて行く。移動筒２２の前進によって移動筒２２の連結具２４に連結されたベッド１の寝床４が起立されて行く。
【００３９】
このモータ６０の正方向回転駆動に際して、図７（ａ）に示されているように、ウオームホイール６８が矢印Ｐ方向に回転すると、モータ６０の正回転駆動力は回転軸６５に対して第二ブレーキ部材８０をスラストプレート８５に押接させるスラスト力Ｆ１ を及ぼす。このモータ６０からの正回転駆動力は、後述する第二ブレーキ部材８０とスラストプレート８５との間の摩擦力によるブレーキトルクを上回るため、モータ６０はブレーキトルクに抗してシャフト１５を回転させることができる。この際、第二ブレーキ部材８０は回転軸６５と一体回転してスラストプレート８５と擦れ合うため、摩擦熱が発生する。しかし、スラストプレート８５はヨーク６２に接し、かつ、外気に接した状態になっているため、摩擦熱は効率的に放散される。
【００４０】
要求する所定のストロークだけ移動筒２２が伸長すると、モータ６０の駆動電気回路（図示せず）に介設された自動停止装置等によってモータ６０の運転が自動的に停止される。
【００４１】
モータ６０の運転が停止されると、ベッド１の寝床４の荷重（患者の体重等）がナット１８に後退させる方向の力として移動筒２２を介して作用する状態になる。このため、シャフト１５には移動筒２２すなわち負荷側から逆回転させようとする負荷側逆回転作用力が、ナット１８の雌ねじ部１７およびシャフト１５の送り用雄ねじ部１６の作用によって加わる状態になる。シャフト１５に加わった負荷側逆回転作用力は従動側傘歯車４７、原動側傘歯車４６、出力軸６９、ウオームホイール６８およびウオーム６７を介して回転軸６５に伝達される。
【００４２】
図７（ｂ）に示されているように、この負荷側逆回転作用力はウオームホイール６８を矢印Ｍ方向に回転させる外力を及ぼすため、第二ブレーキ部材８０をスラストプレート８５に押し付けるスラスト力Ｆ２ を及ぼす状態になる。この際、第二ブレーキ部材８０は回転軸６５と一体回転するため、回転軸６５は第二ブレーキ部材８０とスラストプレート８５との間の摩擦力によるブレーキトルクによって逆回転を阻止された状態になる。しかも、第二ブレーキ部材８０のスラストプレート８５との当接面部８３の外径が大きく設定されているため、第二ブレーキ部材８０とスラストプレート８５との間のブレーキトルクは大きくなり、回転軸６５は確実に逆回転を阻止された状態になる。したがって、アクチュエータ１０はベッド１の寝床４の荷重を常時確実に支持することができる。
【００４３】
次に、モータ６０が逆方向に回転運転されると、回転軸６５の逆回転駆動力はウオーム６７、ウオームホイール６８、出力軸６９、原動側傘歯車４６、従動側傘歯車４７を介してシャフト１５に伝達される。図７（ｃ）に示されているように、このモータ６０の逆回転駆動力は回転軸６５に対して第二ブレーキ部材８０をスラストプレート８５から離反させるスラスト力Ｆ３ を及ぼす状態になるため、第二ブレーキ部材８０とスラストプレート８５との間の摩擦力によるブレーキトルクは回転軸６５の逆回転駆動を許容する状態になる。つまり、シャフト１５をモータ６０の駆動力によって強制的に逆回転させようとするときのモータ６０側からの逆回転駆動力は、第二ブレーキ部材８０とスラストプレート８５との間の摩擦力によるブレーキトルクを上回るため、シャフト１５は前記とは逆方向に第二ブレーキ部材８０に妨げられることなく効率的に回転することができる。そして、この時の回転軸６５に作用するスラスト力は、「Ｆ２ −Ｆ３ 」になるため、モータ６０の電流値は小さくなる。
【００４４】
このようにしてシャフト１５が逆回転駆動されると、雄ねじ部１６に進退自在に螺合されて支持筒１９に回り止めされたナット１８は支持筒１９に沿って後退される状態になるため、ナット１８に連結された移動筒２２は支持筒１９に引き込まれて行く。この移動筒２２の後退によって、移動筒２２の連結具２４に連結されたベッド１の寝床４が倒伏されて行く。
【００４５】
寝床４が図１（ｂ）に示されているように元の位置に倒伏されると、モータ６０が自動的に停止される。そして、ナット１８が元の後退位置に戻った状態において、通常、寝床４はベッド１のフレーム２によって機械的に支持されるため、ベッド１の寝床４すなわち負荷側からの逆回転力がシャフト１５に加わることは無い。但し、ベッド１の寝床４が倒伏した状態で、負荷側逆回転作用力がシャフト１５に常に加わったとしても、前述した作用によってシャフト１５の逆回転は確実に防止される。すなわち、第二ブレーキ部材８０とスラストプレート８５との間のブレーキトルクによる逆転防止作用は、ナット１８が雄ねじ部１６の途中で停止された場合でも同様に発現される。
【００４６】
ところで、直交軸間の回転伝動機構としての原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７がシャフト１５の後端部側の支持部よりも外側に配置されている場合には、原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点がアクチュエータ１０をベッド１のフレーム２に回転自在に枢支するための枢軸３から離れるため、シャフト１５のすりこぎ運動によって音が発生する場合がある。これは、原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点が枢軸３から離間していると、シャフト１５のすりこぎ運動の変位角度自体が小さくても、原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点における変位量は大きくなってしまうためである。
【００４７】
本実施形態においては、原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点はラジアル転がり軸受４８の前側すなわちシャフト１５の一対の支持部間に配置されていることにより、シャフト１５にすりこぎ運動による変位角度が発生したとしても、原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点における変位量は小さく抑えられるため、原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との噛み合いへの影響は小さく抑えられることになり、その結果、音が発生することは防止される。
【００４８】
しかも、枢軸３を取り付けるための一対の支持穴８７、８７は原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７との交点を通る軸線上に配置されているため、シャフト１５のすりこぎ運動の影響はより一層小さく抑制される。また、両支持穴８７、８７および原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７とはアルミダイカスト製のギヤケース６３に配設されているため、枢軸３や出力軸６９およびシャフト１５の後端部側支持部としてのラジアル転がり軸受４８をがたつきなく堅牢に支持することができ、その結果、それらの振動による音の発生を防止することができる。また、原動側傘歯車４６と従動側傘歯車４７とは共に同一のギヤケース６３に設けられているため、噛合関係を精度よく保つことができる。
【００４９】
なお、停電等の応急時には乾電池収納部５５に収納された乾電池によってモータ６０が運転されることになる。この場合の作動は前述した作動と同様となる。乾電池は乾電池収納部５５に常時装備しておいてもよいし、必要に応じて装備可能なように準備しておいてもよい。
【００５０】
本実施形態によれば、次の効果が得られる。
１） 減速装置を介してシャフトを正逆回転駆動しシャフト外周の雄ねじ部に螺合された雌ねじ部材を軸方向に進退させるモータの回転軸の軸方向端面に摩擦係数の大きいブレーキ部材を摺接することにより、雌ねじ部材を進退させようとする大きな力が負荷側から雌ねじ部材に加わった場合のシャフトへの逆回転作用力が減速装置を経由してモータの回転軸を強制的に回転させようとする外力として作用した際に、ブレーキ部材のブレーキトルクが回転軸を強制的に回転させようとする外力に抗して回転を阻止するため、回転軸が負荷側からの逆回転作用力によって回転されるのを防止することができる。したがって、雌ねじ部材を進退させようとする大きな力が負荷側から雌ねじ部材に加わった場合であっても、雌ねじ部材が進退されてしまう現象が発生するのを防止することができる。
【００５１】
２） しかも、駆動側であるモータから見ると減速前にブレーキトルクが作用することになり、減速後には大きなブレーキ力として作用することになるため、小さなブレーキ部材であっても負荷側からの逆回転作用力を効率的に制動することができる。つまり、ブレーキ部材はモータの駆動力の低減を抑制しつつ、負荷側からの逆回転作用力を効率的に制動することができる。
【００５２】
３） 負荷側からシャフトに加わる逆回転作用力に抗するブレーキ部材をモータの回転軸の軸方向端面に配設することにより、シャフト上のブレーキ装置やワンウェイクラッチを省略することができるため、シャフトの全長を短縮することができ、アクチュエータのサイズや重量を小さく設定することができる。
【００５３】
４） シャフトの全長を短縮することにより、相対的に、アクチュエータのハウジングに空きスペースを設定することができるため、乾電池収納部を設定することができ、応急用のバッテリーを設けることができる。その結果、応急用のバッテリーをアクチュエータと別に付帯させなくて済み、システム全体としてのコストの増加を抑制することができる。
【００５４】
５） シャフトの全長を短縮することにより、アクチュエータの全長を短縮することができるため、アクチュエータを小型軽量化することができる。
【００５５】
６） 直交軸間の回転伝動機構としての原動側傘歯車と従動側傘歯車の交点がラジアル転がり軸受の前側すなわちシャフトの一対の支持部間に配置されていることにより、シャフトにすりこぎ運動による変位角度が発生したとしても、原動側傘歯車と従動側傘歯車との交点における変位量は小さく抑えられるため、原動側傘歯車と従動側傘歯車との噛み合いへの影響は小さく抑えられることになり、その結果、音が発生するのを防止することができる。
【００５６】
７） 枢軸を取り付けるための一対の支持穴を原動側傘歯車と従動側傘歯車との交点を通る軸線上に配置することにより、シャフトのすりこぎ運動の影響をより一層小さく抑制することができる。
【００５７】
８） 両支持穴および原動側傘歯車と従動側傘歯車とをアルミダイカスト製のギヤケースに配設することにより、アクチュエータをベッドのフレームに取り付けるための枢軸やウオーム歯車装置の出力軸およびラジアル転がり軸受をがたつきなく堅牢に支持することができ、その結果、それらの振動による音の発生を防止することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サイズや重量を小さくしつつ、負荷荷重による逆回転を防止することができるため、常時、寝床の状態を安定して保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるアクチュエータが使用された医療用ベッドの要部を示す正面図であり、（ａ）は倒伏状態を、（ｂ）は起立状態を示している。
【図２】本発明の一実施形態であるアクチュエータを示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】その正面断面図である。
【図４】主要部を示す一部切断一部省略斜視図である。
【図５】図２（ｂ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】モータを示す平面断面図である。
【図７】ブレーキ部材の作用を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…ベッド（医療用ベッド）、２…フレーム、３…枢軸、４…寝床、５…リンク、１０…アクチュエータ、１１…ハウジング、１２…シェル、１２ａ…バンド、１２ｂ…窓孔、１３…モータ装着部、１４…シャフト挿通部、１５…シャフト、１６…送り用雄ねじ部、１７…雌ねじ部、１８…送り用ナット（雌ねじ部材）、１９…支持筒、２０…固定部、２２…移動筒、２３…ねじ結合部、２４…連結具、２５…位置調節用雌ねじ部、２６…長孔、２７…位置調節用雄ねじ部、２８…工具係合部、２９…連結孔、３０…連結ピン、３０ａ…鍔部、３１…ブラケット、３２…連結孔、３３…割ピン、３５…ナットストッパ、３６…位置規制部材、３７…挿通孔、３８…凹部、３９…挿通孔、４０…リベット、４１…キャップ、４２…従動部（シャフトの後端部）、４３…段差部、４４…リング、４５…面取り部、４６…原動側傘歯車、４７…従動側傘歯車、４８…ラジアル転がり軸受、４９…面取り部、５０…スラストプレート、５１…スラスト転がり軸受、５２…挿通孔、５３…ストッパ、５４…止め輪、５５…乾電池収納室（バッテリー収納室）、５６…組電線、６０…モータ（ウオーム歯車減速装置付きモータ）、６１…モータハウジング、６２…ヨーク、６３…ギヤケース、６４…シャフト挿通室、６５…回転軸、６６、６６Ａ…ラジアル軸受、６６ａ…回り止め穴、６７…ウオーム、６８…ウオームホイール、６９…出力軸、７０…第一ブレーキ部材、７１…小径部、７２…大径部、７３…当接面部、７４…鍔部、７５…クッション部材、７６…収納穴、８０…第二ブレーキ部材、８１…小径部、８２…大径部、８３…当接面部、８４…収納部、８５…スラストプレート、８６…保持穴、８７…支持穴。
Claims (5)
- 雄ねじ部を有しハウジングに正逆回転自在に支承されたシャフトと、雌ねじ部が前記雄ねじ部に螺合され前記シャフトの正逆回転に伴って前記ハウジングを進退する雌ねじ部材と、前記雌ねじ部材に連結された移動筒と、前記ハウジングに装着された正逆回転可能のモータと、前記モータの回転軸に形成されたウオームと、前記ウオームに噛合されたウオームホイールと、前記ウオームホイールと前記シャフトとを連動させる歯車伝動装置とを備えているアクチュエータであって、
摩擦係数の大きいブレーキ部材が前記モータの回転軸の軸方向端面側のうち、少なくとも前記雌ねじ部材に負荷側からの逆回転作用力が加わった時に前記回転軸が押される側に設けられており、
前記ブレーキ部材は前記回転軸の軸方向端面に穿設された保持穴に一体回転するように嵌入されており、
クッション部材が前記モータの回転軸の軸方向端面側のうち、前記雌ねじ部材に負荷側からの逆回転作用力が加わった時に前記回転軸が押される側と反対側に設けられていることを特徴とするアクチュエータ。 - 前記ブレーキ部材は前記モータのヨーク側に位置する前記回転軸の端面に穿設された保持穴に一体回転するように嵌入されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
- 前記ブレーキ部材は前記回転軸の両方の軸方向端面側に配置されており、前記雌ねじ部材に負荷側からの逆回転作用力が加わった時に前記回転軸が押される側になる軸方向端面側に配置されたブレーキ部材のブレーキトルクが、反対側のブレーキ部材のブレーキトルクよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
- 前記ブレーキトルクの小さい側の前記ブレーキ部材は前記モータのギヤケース側に位置する軸受に形成された回り止め穴に嵌入され回り止めされていることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
- 前記ブレーキトルクの大きい側のブレーキ部材の半径が前記ブレーキトルクの小さい側のブレーキ部材の半径よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
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